一、無線定位技術(shù)正在走向我們的生活
現(xiàn)在養(yǎng)寵物是很平常的事,小貓、小狗隨處可見,但是這些寵物都能到處跑,一不小心就會迷失,尋找寵物成了一件費心的事情,需要到處貼海報,登廣告等。但是隨著科技進步, 一些新的科技進入了我們的生活,很多煩心的事情,就變得很簡單,看看這個畫面:
鄰居王太太心愛的小貓失蹤了,王太太好像也不很著急,從口袋里掏出一個小小的,像手機一樣的東西,有個小小的彩色屏幕,老太太那這個小東西, 好像一個“魔鏡”一樣, 看到屏幕上一個彩色的小球在移動,老太太一邊念叨著“好個小東西,看你往哪里跑”一邊在屏幕指引下,很快在很遠的地方找到了自己的小花貓,鄰居看見那個小花貓前腿上,固定了個小小的特制塑料牌大小的東西……
再看看這些鏡頭:
你去商場想要為另一半尋找最合適的生日禮物,該從那里著手?其實很簡單,只要拿出行動電話或PDA搜尋禮品區(qū),行動裝置就會顯示賣場地圖,并且告訴消費者往那個方向走,當消費者穿過賣場時,還會顯示可能感到興趣的東西……
繁忙的礦井深處,一聲巨響礦井里漆黑一片,可是遍布井下的低功耗無線網(wǎng)絡(luò),卻能準確的找到每一個被困井下的礦工的精確位置,因為每個礦工,都有一顆特制的鈕扣,里面有一個無線定位芯片……有了這些實時準確的信息,救援工作有條不紊地進行……
繁忙的急救中心,正在搶救一位重病患,時間就是生命,需要一種特殊的醫(yī)療儀器,但是手術(shù)室一時沒有發(fā)現(xiàn),護士在電腦中,輸入該儀器的名字,幾秒鐘時間,電腦屏幕上,就準確顯示出該儀器的位置,這是因為每臺儀器上,都有一個無線定位芯片,在需要時你可以準確發(fā)現(xiàn)該儀器在醫(yī)院中的精確位置。
正像GPS衛(wèi)星無線定位技術(shù)快速普及一樣,全新的許多以無線單片機為核心的新興無線定位技術(shù),已經(jīng)開始嶄露頭角,TI公司的CC2431芯片和ZigBee技術(shù)聯(lián)手打造的新型無線定位技術(shù),就是這些技術(shù)中比較優(yōu)秀的一種。
采用該項新技術(shù)實現(xiàn)無線定位,具有更低的成本,精度更高(3米以下)定位精度,能夠在室內(nèi),倉庫等環(huán)境下可靠工作等無可比擬的優(yōu)點,在嵌入式無線領(lǐng)域中,引起了廣泛重視。
二、ZigBee無線定位技術(shù)原理
德州儀器(TI)ZigBee無線射頻元件CC2431所含的定位引擎(Location Engine)就像是室內(nèi)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS),利用ZigBee2006網(wǎng)絡(luò)的無線射頻基礎(chǔ)設(shè)施計算物品或人員的位置。
相較于GPS系統(tǒng),把定位引擎和微控制器(MCU)全部整合至單晶片射頻收發(fā)器,不僅耗電量遠少于GPS硬體,成本更不到其十分之一,且無論在室內(nèi)或室外,只要有ZigBee網(wǎng)絡(luò)的地方就能使用。常見應(yīng)用包括從屋內(nèi)不同房間移動時,遙控開燈或關(guān)燈;裝運碼頭的貨柜追蹤,以及從網(wǎng)站追蹤特定設(shè)備。定位引擎還能簡化無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)定,能在新設(shè)備加入網(wǎng)路時找出其所在位置。
多數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都需一套方法判斷網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的位置,所以使用者必須在安裝時決定應(yīng)該互相交換的資料,以及應(yīng)與中央資料搜集點互傳資料的節(jié)點。市場上許多解決方案透過軟體計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點位置,這類系統(tǒng)的節(jié)點讀取位置計算所需的參數(shù),然后把資訊送到中央資料搜集點,算出位置后再傳回給節(jié)點,這個過程的運算量很龐大,須用到個人電腦或高效能微控制器。
這種計算位置的方式僅對小型網(wǎng)絡(luò)和少數(shù)節(jié)點有用,因為執(zhí)行計算所需的網(wǎng)絡(luò)流量會隨著節(jié)點數(shù)目的指數(shù)增加。高流量負載和頻寬不足讓這套方法只能用于電池供電的網(wǎng)絡(luò),可利用分布式定位計算解決這個問題,可先讓網(wǎng)絡(luò)節(jié)點找出多個已知位置且距離最近的參考節(jié)點,然后根據(jù)參考節(jié)點傳來的資訊計算本身的位置,因此,網(wǎng)絡(luò)流量將只出現(xiàn)在待測節(jié)點(Blind Node)連接范圍內(nèi)的節(jié)點。另外,由于網(wǎng)絡(luò)流量只會隨待測節(jié)點的數(shù)目等比例增加,所以同一個網(wǎng)絡(luò)可有很多個待測節(jié)點。
定位引擎會根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)里,相鄰無線裝置傳來的接收訊號強度指標(RSSI)計算自己的位置。隨著環(huán)境不同,兩臺無線裝置之間的RSSI訊號會有很大差異,舉例來說,若有人在兩臺無線裝置的中間走過,接收訊號就可能減少30dBm,為彌補這么大的差異,定位引擎最多會根據(jù)十六臺無線裝置傳來的RSSI值進行計算,以便得到精確的位置,這種做法的邏輯是利用多個節(jié)點求取平均值,即可將RSSI的變異量消除。
在無線射頻網(wǎng)絡(luò)里,已知位置的定位引擎無線裝置稱為參考節(jié)點(Reference Nodes),須要計算其位置的節(jié)點稱為待測節(jié)點。參考節(jié)點與待測節(jié)點之間唯一須要傳送的資訊就是參考節(jié)點的X和Y坐標。定位引擎會根據(jù)參考節(jié)點傳來的信息測量RSSI值,配合所收到的X和Y坐標計算其位置。
有些定位引擎應(yīng)用須安裝多個參考節(jié)點,作為基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)的一部分。 ZigBee技術(shù)提供家庭、辦公室和工業(yè)應(yīng)用無線遙控能力,可廣泛用于家庭和工業(yè)自動化應(yīng)用,且會有更多ZigBee裝置安裝到建筑物的基礎(chǔ)設(shè)施,使ZigBee技術(shù)更普及化。
典型的辦公室環(huán)境可能會利用ZigBee應(yīng)用裝置控制每間辦公室和會客室的空調(diào)設(shè)備及含有溫度感測器的交流電源管線,每個房間還可能有ZigBee控制的電燈開關(guān)及設(shè)施,這些不同的設(shè)備很容易就能當作定位引擎的參考節(jié)點使用,一般而言,ZigBee無線裝置只需不到1KB的程式,就能擔(dān)任ZigBee2006協(xié)定堆疊之上的參考節(jié)點。定位引擎能搜集三至十六個參考節(jié)點的資料,再利用這些資料計算位置,其若收到超過十六個節(jié)點的資料,會根據(jù)這些參考節(jié)點的位置排序,然后使用前面十六個節(jié)點的RSSI值。
三、如何開發(fā)無線定位技術(shù)
開發(fā)無線定位技術(shù)很困難嗎? 回答是:不然,只要你具有單片機方面的基本基礎(chǔ),加上比較熟悉C語言,你就具有了開發(fā)無線定位系統(tǒng)的基礎(chǔ),當然另外一個必須的條件,你需要選擇一套自己的無線定位開發(fā)系統(tǒng),
這套系統(tǒng)應(yīng)該滿足下面的條件:
1)需要比較詳細的教材,能夠讓你學(xué)習(xí)相關(guān)入門的無線和無線定位技術(shù)基礎(chǔ)知識,目前很少有芯片制造公司愿意投資去開發(fā)這方面的詳細教材和教程。
2)一套可以實際動手的實驗裝置,和上面的教材相結(jié)合,指導(dǎo)讀者一步一步通過實驗來驗證教材上的原理,獲得實際動手開發(fā)無線定位產(chǎn)品的經(jīng)驗。
3)相關(guān)的軟件源代碼實例,包括如何使用ZigBee通訊協(xié)議,數(shù)據(jù)效驗,無線通訊算法,網(wǎng)絡(luò)組織,相關(guān)無線定位的實現(xiàn)等等,讓使用者可以模仿這些代碼來開始學(xué)習(xí)過程。
4)實驗裝置要有比較直觀的顯示單元和執(zhí)行部件,傳感器等。讓學(xué)習(xí)者能以直觀的方式,很容易的觀察無線通訊和無線網(wǎng)絡(luò)和無線定位的實際運行效果,克服沒有高頻實驗設(shè)備對學(xué)習(xí)帶來的困難。
5)需要必須的開發(fā),編譯,下載,調(diào)試工具。配合進行實驗代碼的下載運行和實際進行無線產(chǎn)品開發(fā)。
6)需要平民化的價格,任何感興趣的工程師和單位能買得起。
目前市場上原廠提供的CC2431開發(fā)系統(tǒng)不但價格高昂($2000美元),而且關(guān)鍵的顯示部分是字符LCD,不能顯示漢字,更為缺陷的是,沒有配套的教程和詳細中文教材支持,使你在進行復(fù)雜CC2431無線定位技術(shù)開發(fā)上,更加困難。(國內(nèi)也有廠家在號稱推出了這樣的“原廠設(shè)計”的系統(tǒng)),但是這些仿制的“原廠設(shè)計系統(tǒng)”,也同時仿制了原廠系統(tǒng)的毛病-沒有配套的教程和詳細中文教材支持,沒有技術(shù)支持! 而且這些“工作室”、“山寨小作坊“所仿制系統(tǒng)的質(zhì)量和服務(wù)也讓人止步。
目前,國內(nèi)在嵌入式教材出版方面久負盛名的北航出版社和國內(nèi)在這個領(lǐng)域最有實力的成都無線龍通訊科技公司合作,共同出版了8本詳細實用的無線單片機技術(shù)叢書,徹底解決了學(xué)習(xí)無線,ZigBee無線網(wǎng)絡(luò),無線定位系統(tǒng)配套的教程和詳細中文教材的問題,目前已經(jīng)被清華大學(xué),中山大學(xué)等數(shù)十家大學(xué)選為教材。
其中< ZigBee 2006無線網(wǎng)絡(luò)和無線定位實戰(zhàn)>一書,采用通俗的語言,豐富的實驗代碼,完全配合無線龍通訊科技公司自主開發(fā)的,和ZigBee 2006完全兼容的CC2431高質(zhì)量無線定位開發(fā)平臺。實現(xiàn)了無線定位系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計的完全解決方案,為任何希望開發(fā)無線單片機,開發(fā)無線定位的人,提供了入門,學(xué)習(xí)開發(fā)無線定位系統(tǒng)的完整,低價格,高可靠解決方案。
|